一种将可编程逻辑控制器程序转换为普通Petri网的方法

摘要

本发明一种将可编程逻辑控制器程序转换为普通Petri网的方法，针对PLC梯形图程序，将梯形图触点和线圈模拟为结点，将导线模拟为有向边，建立梯形图程序的PLC有向图模型，定义该有向图中的路径，根据路径关系，将PLC有向图转换为Petri网；本发明实现PLC梯形图程序到普通Petri网模型的自动转换，由于普通Petri网激发条件简洁，逻辑思维方式简单，更直观易懂，而且所得Petri网模型能够完全模拟PLC控制系统的动态行为，更便于对PLC程序分析、纠错，使PLC程序逻辑更为严谨。

主权项

1.一种将可编程逻辑控制器程序转换为普通Petri网的方法，其特征在于具体包括以下步骤：步骤1、将PLC梯形图中左母线、右母线和包括触点、开关、辅助继电器或线圈的开关量模拟为结点，并且左、右母线和开关量与结点一一对应，得到结点集合V＝{v_l，v_r，v₁，v₂，L，v_m}，其中v_l表示左母线，v_r表示右母线，m表示开关量的个数；将左母线、右母线和开关量之间的导线模拟为有向边，得到有向边集合E＝{e₁，e₂，L，e_n}，其中任意e＝(v_x，v_y)，v_x对应靠近左母线的母线或开关，v_y对应靠近右母线的母线或开关，n是有向边的个数，从而获得PLC梯形图的有向图模型G＝<V，E>；步骤2、计算Petri网的库所集在PLC有向图中，将除母线对应的结点之外的全部结点v₁，v₂，L，v_m模拟为2m个库所，其中每个结点v_i(1≤i≤m)对应真库所p_ion和假库所p_ioff，所得库所组成Petri网的库所集步骤3、设定Petri网的初始标识m₀：显然，m₀(p_ion)+m₀(p_ioff)＝1；步骤4、在PLC有向图中，定义与右母线结点相邻的赋值结点集合，赋值结点集合V_o＝{v∈V/(v，v_r)∈E}，定义与左母线相邻的起始结点集合，起始结点集合V_b＝{v∈V/(v_l，v)∈E}；步骤5、在PLC有向图中，对于任意一个赋值结点v_ox，令∏(v_ox)＝{π₁，π₂，L，π_k}表示从起始结点到达v_ox的全部基本有向路径集合，其中∏(v_ox)中的任意一条路径满足下列条件：(1)它是一个结点序列，其中任意两个相邻结点之间存在一个从前者指向后者的有向边；(2)其中的每个结点仅能出现一次；(3)它的第一个结点是一个起始结点，最后一个结点是v_ox；步骤6、对于每一个赋值结点v_ox∈V_o，进行下列运算来获得Petri网的变迁集合T和有向弧集合F：(1)令p_on和p_off分别对应v_ox的真库所和假库所；(2)将∏(v_ox)中k条路径的第i条路径π_i模拟为一个变迁t_ion，并且完成下列操作：设路径中非末尾结点的个数为v，那么在结点j(1≤j≤v)对应状态的库所p_ij和t_i之间添加一个双向弧；添加一个从t_ion指向p_on的有向弧；添加一个从p_off指向t_ton的有向弧；即$T=T\underset{1\le i\le k}{U}\left\{t_{\mathrm{ion}}\right\},$$F=F\underset{\underset{1\le j\le v}{1\le i\le k}}{U}\{(P_{\mathrm{off}},t_{\mathrm{ion}}),(t_{\mathrm{ion}},P_{\mathrm{on}}),(P_{\mathrm{ij}},t_{\mathrm{ion}}),(t_{\mathrm{ion}},P_{\mathrm{ij}})\};$步骤7、定义∏(v_ox)的割集，它满足下列条件：(1)它是一个结点集合；(2)每个结点都包含在∏(v_ox)中的某路径内；(3)每个结点都不是v_ox；(4)如果删除该集合中的结点，那么将不存在从左母线结点v_l到达v_ox的路径，如果∏(v_ox)的一个割集不包含任何其它割集，则称其为最小割集，计算∏(v_ox)的最小割集的集合，令其为Ψ(v_ox)；步骤8、、将Ψ(v_ox)中c个割集的第m个割集ψ_m模拟为一个变迁t_moff，并完成下列操作：设路径中非末尾结点的个数为v′，那么在结点n(1≤n≤v′)对应状态的库所p_mn和t_moff之间添加一个双向弧；添加一个从p_on指向t_moff的有向弧；添加一个从t_moff指向p_off的有向弧，即$F=F\underset{\underset{1\le n\le v^{\prime }}{1\le m\le c}}{U}\{(P_{\mathrm{off}},t_{\mathrm{moff}}),(t_{\mathrm{moff}},P_{\mathrm{on}}),(P_{\mathrm{mn}},t_{\mathrm{moff}}),(t_{\mathrm{moff}},P_{\mathrm{mn}})\};$步骤9、对于每个输入开关量对应的结点v_i(表示集合v_o内元素个数)，添加连接迁t_x和t_y，且t_x的输入和输出分别为该结点的真库所和假库所，而t_y的输入和输出分别为该结点的假库所和真库所，即$T=T\underset{1\le i\le m^{\prime }}{U}\{t_{\mathrm{ix}},t_{\mathrm{iy}}\},$$F=F\underset{1\le i\le m^{\prime }}{U}\{(P_{\mathrm{ioff}},t_{\mathrm{iy}}),(t_{\mathrm{iy}},P_{\mathrm{ion}}),(P_{\mathrm{ion}},t_{\mathrm{ix}}),(t_{\mathrm{ix}},P_{\mathrm{ioff}})\};$步骤10、输出一个普通Petri网N：＝(P，T，F)和初始标识m₀。